Πλημμύρες και Αντιπλημμυρικά Έργα

Μοντέλα για την Προσομοίωση των Πλημμυρών HEC HMS HEC RAS

Γιάννης Παναγόπουλος Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων 06 / 04 / 2011

Η οδηγία 2007/60/ΕΚ Αξιολόγηση & διαχείριση των κινδύνων πλημμύρας

«Πλημμύρα»

: Η προσωρινή κάλυψη εδάφους από νερό, που υπό φυσιολογικές συνθήκες, δεν καλύπτεται από νερό.

Σκοπός της οδηγίας:

Η θέσπιση ενός πλαισίου αξιολόγησης και διαχείρισης των κινδύνων που συνδέονται με τις πλημμύρες ιδίως στην ανθρώπινη υγεία και ζωή, στο περιβάλλον, στην πολιτιστική κληρονομιά, στην οικονομική δραστηριότητα και στις υποδομές. Τα μέτρα για τη μείωση των κινδύνων θα πρέπει, σύμφωνα με την οδηγία, να συντονίζονται σε επίπεδο λεκάνης απορροής ποταμού για να είναι αποτελεσματικά.

Εργαλεία Διαχείρισης

Χάρτες πλημμυρικής επικινδυνότητας (Flood hazard maps) (περιέχει τις πλημμυρικές κατακλύσεις) Χάρτες κινδύνων πλημμύρας (Flood risk maps) (χρήσεις γης που πλήττονται και εκτίμηση κόστους)

Ορισμός-Κατηγορίες Μοντέλων

Ορισμός Μοντέλου:

Η Αναπαραγωγή της Συμπεριφοράς και Απόκρισης ενός Φυσικού Συστήματος

Μοντέλα

Κατανεμημένα

Διαχωρισμός της λεκάνης σε μικρότερα τμήματα

Μεμονωμένου υδρολογικού γεγονότος

Λειτουργεί σε χρονικό επίπεδο επεισοδίου βροχής

Ενιαία ή Συγκεντρωτικά

Ολόκληρη η λεκάνη αποτελεί μία ενιαία χωρική οντότητα

Συνεχή

Λειτουργεί και εξάγει αποτελέσματα σε συνεχή χρόνο (π,χ πολλά έτη)

Προσδιοριστικά

Καμία μεταβλητή δεν έχει στοχαστική δομή

Στοχαστικά

Λαμβάνουν υπόψη τα στατιστικά χαρακτηριστικά των μεταβλητών

Εννοιολογικά

Βασίζονται σε απλουστευτικές παραδοχές του φυσικού συστήματος

Φυσικά

Προσομοιώνουν το σύστημα με βάση μαθηματικές εξισώσεις της φυσικής

Μαύρου κουτιού

Απλές εξισώσεις (π.χ μοναδιαίο υδρογράφημα)

Κριτήρια Επιλογής Μοντέλου

         Σκοπός Κατασκευής Επιστημονική Εγκυρότητα – Παρελθόν Χωρική Ανάλυση – Διακριτοποίηση Χρονική Ανάλυση (ωριαίο, ημερήσιο, μηνιαίο κ.τ.λ.) Απαιτήσεις σε Δεδομένα Ικανότητες Χρηστών Κόστος Εφαρμογής Ικανότητα στην Ανάπτυξη Σεναρίων Καταλληλότητα ανά ευρύτερη περιοχή

HEC

Hydrologic Engineering Center http://www.hec.usace.army.mil/

Οργανισμός του Ειδικού Σώματος Μηχανικών του Στρατού που υπάγεται στο Ινστιτούτο Υδατικών Πόρων των ΗΠΑ.

Ειδικοί σε θέματα επιφανειακής και Υπόγειας Υδρολογίας, Υδραυλικής Ποταμών, Μεταφοράς Φερτών, Στατιστικής Υδρολογίας, Ανάλυσης Διακινδύνευσης, Ανάλυσης Συστημάτων Ταμιευτήρων, Υδρολογικού Σχεδιασμού, Διαχείρισης Υδατικών Πόρων και άλλων συναφών Τεχνικών Αντικειμένων. Υποστηρίζει υπηρεσίες και εργαστήρια παρέχοντας τεχνικές μεθόδους και επιστημονική καθοδήγηση σε θέματα Υδατικών Πόρων. Προσφέρει στην έρευνα και ανάπτυξη και παρέχει τεχνική βοήθεια σε σημαντικά έργα. Τα προϊόντα των εργασιών του είναι διαθέσιμα στο κοινό μέσω της ιστοσελίδας.

HMS

Hydrologic Modeling System http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/

Συγκεντρωτικό ή Κατανεμημένο, Μεμονωμένου Υδρολογικού Γεγονότος ή Συνεχές, Εννοιολογικό.

Σχεδιασμένο για την Προσομοίωση των διαδικασιών βροχής-απορροής σε λεκάνες απορροής δενδριτικού τύπου. Εφαρμόζεται τόσο σε μεγάλες αγροτικές λεκάνες όσο και σε μικρές αστικές ή ημιαστικές. Τα υδρογραφήματα που παράγονται χρησιμοποιούνται για μελέτες:  Διαθεσιμότητας νερού  Πρόγνωσης πλημμυρών  Συνεπειών μελλοντικής αστικοποίησης λεκάνης απορροής  Σχεδιασμούς υπερχειλιστών φραγμάτων  Σχεδιασμούς αντιμετώπισης καταστροφών από πλημμύρες  Διευθέτησης περιοχής κατάκλυσης πλημμύρας

HMS

(2)

Hydrologic Modeling System

http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/

Ένα μοντέλο λεκάνης κατασκευάζεται με το διαχωρισμό του υδρολογικού κύκλου σε συνιστώσες και με ορισμό οριακών συνθηκών σε αυτή Κάθε συνιστώσα του υδρολογικού κύκλου αναπαρίσταται με ένα μαθηματικό μοντέλο Στις περισσότερες περιπτώσεις είναι αρκετές οι επιλογές του χρήστη για την προσομοίωση της κάθε συνιστώσας. Η υιοθέτηση της πιο κατάλληλης είναι απόρροια της γνώσης του φυσικού συστήματος, των στόχων της υδρολογικής μελέτης καθώς και της κρίσης και εμπειρίας του ερευνητή Το πρόγραμμα περιλαμβάνει μία βάση δεδομένων, δέχεται δεδομένα εισόδου και εξάγει αποτελέσματα με χρήση διάφορων ενσωματωμένων εργαλείων. Το interface επιτρέπει την εύκολη εναλλαγή ανάμεσα στα διάφορα μέρη-εφαρμογές του προγράμματος.

Φυσική Περιγραφή Λεκάνης Απορροής

Οι υπολογισμοί ξεκινούν από τα ανάντη προς τα κατάντη

Εκτίμηση Απωλειών:

•Initial constant (δείκτης φ) •SCS Curve Number •Gridded SCS Curve Number •Exponential (εκθετική συνάρτηση του χρόνου) •Green-Ampt.

Υπολογισμός Επιφανειακής Απορροής: Μοναδιαίο Υδρογράφημα

•Snyder •SCS •Οριζόμενο από το χρήστη

Βασική Ροή:

•Recession method (εκθετικά μειούμενη) •Σταθερή ροή •Linear reservoir method (εκφόρτιση διηθούμενου νερού στο υδατόρρευμα με διατήρηση μάζας

Διόδευση:

•Lag method (μέθοδος καθυστέρησης – όχι εξασθένιση πλημμυρικού κύματος) •Muskingum •Κινηματικό κύμα •Muskingum-Cunge

Φυσική Περιγραφή Λεκάνης Απορροής (2)

Βροχόπτωση •Παρατηρημένα Υετογράμματα Σταθμών για κάθε υπολεκάνη •Απόδοση Βαρών στους Σταθμούς (Thiessen, Id) για κάθε λεκάνη •Απόδοση τιμής σε κάθε στοιχείο του καννάβου (gridded method). Απαιτούνται βροχομετρικά δεδομένα από radar •Συνθετικά Υετογράμματα με βάση στατιστικές μεθοδολογίες Δυνητική Εξατμισοδιαπνοή – σε Συνεχή Προσομοίωση Μέθοδος Priestley – Taylor με ενσωμάτωση φυτικού συντελεστή Μέθοδος gridded Priestley – Taylor Υδρολογική Προσομοίωση Καθορισμός ημερομηνίας και ώρας έναρξης και λήξης επεισοδίου, καθώς και χρονικού διαστήματος υπολογισμών Η εκτέλεση του προγράμματος γίνεται με συνδυασμό του μοντέλου λεκάνης, του μετεωρολογικού μοντέλου και καθορισμούς ελέγχου από το χρήστη Καθορισμός Παραμέτρων Δοκιμές βελτιστοποίησης παραμέτρων για επιτυχή προσομοίωση. Διάφορες αντικειμενικές συναρτήσεις ενσωματώνονται για την αξιολόγηση της επιτυχίας προσαρμογής των προσομοιωμένων στα παρατηρημένα δεδομένα.

Απώλειες - Επιφανειακή Απορροή

Μέθοδος της SCS Αριθμός καμπύλης CN Εξαρτάται από:  Εδαφική Διαπερατότητα   Εδαφοκάλυψη Συνθήκες Υγρασίας SCS: Soil Conservation Service S: max κατακράτηση εδάφους Qsurf: επιφανειακή απορροή Rday: βροχόπτωση

Αριθμοί Καμπύλης CN

Χρήση γης Καλλιέργειες Βοσκότοπος Δάσος Δρόμος (χώμα) Δρόμος (σκληρή επιφάνεια) Υδρολογική κατάσταση Φτωχή Μέτρια Καλή Φτωχή Μέτρια Καλή Φτωχή Μέτρια Καλή 25 72 74 A 72 67 62 68 49 39 45 36 61 66 60 55 82 84 Κατηγορία εδάφους B 81 76 71 79 69 C 88 83 78 86 79 74 77 73 70 87 90 77 89 92 D 91 86 81 89 84 80 83 79

Μέσο CN λεκάνης Τσιμόβου: CN = 0.16*83 + 0.26*79 + 0.58*73 = 76 Οι συντελεστές δηλώνουν τα ποσοστά των χρήσεων γης στη λεκάνη, ενώ επιλέχτηκαν τα CN για τύπο εδάφους C (φλύσχης) και για μέτρια υδρολογική κατάσταση

Σύνδεση Μοντέλου HMS με ΣΓΠ HEC-GeoHMS (Geospatial Hydrologic Modelling System) http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-geohms/index.html

Εργαλείο Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών που αξιοποιεί τοπογραφικά δεδομένα και γεωμετρικούς αλγόριθμους για το σχηματισμό της λεκάνης απορροής Πακέτο Λογισμικού συμβατό με το ArcView που προετοιμάζει τα δεδομένα εισόδου για τη μοντελοποίηση με το HEC –HMS Ανάλυση Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους – Υπολογισμός Γεωμετρικών Στοιχείων Λεκάνης (μήκη υδατορευμάτων, κλίσεις κλπ) Τα όρια της λεκάνης και ο σχηματισμός του υδρογραφικού δικτύου μετατρέπονται σε ένα σύστημα υδρολογικών δεδομένων που αναπαριστά την απόκριση της λεκάνης στη βροχόπτωση Παρέχει ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον εργασίας GIS με εργαλεία – κουμπιά – menus Επιτρέπει στο χρήστη να ορίσει τα σημεία μετρητικών σταθμών υδραυλικών κατασκευών ή άλλων σημείων ελέγχου Τα αποτελέσματα εισάγονται στο HEC-HMS για την τελική προσομοίωση

Στάδια Μοντελοποίησης

      

Επεξεργασία Δεδομένων Εισόδου

(χαρτών, κλιματικών χρονοσειρών κ.λ.π.)

Σχηματοποίηση Λεκάνης Απορροής

(watershed delineation)

Συμπλήρωση Παραμέτρων Αρχείων Προγράμματος

στο HEC-GeoHMS HEC-HMS (parameterization)

Εκτέλεση

(run)

Ρύθμιση (calibration).

Μεταβολή παραμέτρων του μοντέλου με σκοπό τη σύγκλιση προσομοιωμένων και παρατηρημένων πλημμυρογραφημάτων

Επαλήθευση (validation).

Σύγκριση ενός ανεξάρτητου set πλημμυρογραφημάτων με τα αντίστοιχα του μοντέλου χωρίς περαιτέρω μεταβολή των παραμέτρων

Αξιολόγηση (verification).

Διερεύνηση της τεχνικής που ακολουθείται από τον κώδικα του προγράμματος για τις μεταβολές αυτές ώστε να επιβεβαιωθεί ότι προκύπτουν με αξιοπιστία - Αποφυγή ‘λανθασμένης’ προσαρμογής του μοντέλου στην πραγματικότητα

Υδρολογική Λεκάνη Αράχθου

Ήπειρος

Τσίμοβο Περιοχή Μελέτης

Υπολεκάνη Τσιμόβου

Κριτήρια Επιλογής  Στο υδατικό διαμέρισμα της Ηπείρου συμβαίνουν έντονα μετεωρολογικά και υδρολογικά φαινόμενα  Ποιότητα διαθέσιμων δεδομένων (βροχοπτώσεις, σταθμηγραφήματα, καμπύλες στάθμης παροχής)

Υπολεκάνη Τσιμόβου

 Αποτελεί το τμήμα της λεκάνης του Αράχθου στα ανάντη  Η μέση ετήσια βροχόπτωση είναι 1800 mm  Έχει έκταση 640 km 2 με μεταβολή υψομέτρου 352–2279m, ενώ το μέσο υψόμετρο είναι 1021m  Το μήκος ποταμού είναι 40 km με μέση ετήσια παροχή 18 m 3 /s (1965-2003)  Τα έντονα επεισόδια βροχής σε συνδυασμό με τα αδιαπέρατα εδάφη και τις μεγάλες κλίσεις προκαλούν σημαντικές παροχές στη θέση Τσίμοβο κατά τη διάρκεια του έτους.

Χωρικά Δεδομένα

Χάρτης Χρήσεων Γης

Βοσκότοποι: 168 km

2

– 26% Καλλιεργήσιμη γη: 102 km

2

– 16% Δάση: 369 km

2

– 58% Urban: 0,7 km

2

– 0,1%

Μέσο CN λεκάνης Τσιμόβου: CN = 0.16*83 + 0.26*79 + 0.58*73 = 76 Οι συντελεστές δηλώνουν τα ποσοστά των χρήσεων γης στη λεκάνη, ενώ επιλέχτηκαν τα CN για τύπο εδάφους C (φλύσχης) και για μέτρια υδρολογική κατάσταση

Χωρικά Δεδομένα (2)

Γεωλογικός Χάρτης

Αλλούβια: 8 km

2

– 1% Οφιόλιθοι: 5 km

2

– 1% Φλύσχης: 518 km

2

– 81,5% Ασβεστόλιθοι: 77 km

2

– 12% Πυριγενή πετρώματα: 4 km

2

– 0,5% Κερατόλιθοι: 28 km

2

– 4%

Μέσο CN λεκάνης Τσιμόβου: CN = 0.16*83 + 0.26*79 + 0.58*73 = 76 Οι συντελεστές δηλώνουν τα ποσοστά των χρήσεων γης στη λεκάνη, ενώ επιλέχτηκαν τα CN για τύπο εδάφους C (φλύσχης) και για μέτρια υδρολογική κατάσταση

Βροχομετρική πληροφορία

Απαιτούνται ωριαία ή και αναλυτικότερα (μέχρι 10λεπτα) δεδομένα βροχής Τρεις βροχογράφοι στη λεκάνη (Ελατοχώρι, Μικρό Περιστέρι και Ποταμιά) με δεδομένα σε ωριαίο χρονικό βήμα Οι μετρημένες παροχές στην έξοδο (Τσίμοβο) είναι επίσης διαθέσιμες σε ωριαία βάση

Στόχοι

1.

Επιτυχής προσομοίωση επιλεγμένων πλημμυρογραφημάτων στη θέση Τσίμοβο 2.

Αναγνώριση των καλύτερα προσαρμοζόμενων υδρολογικών μεθόδων για τα διάφορα μέρη της προσομοίωσης 3.

Συμπεράσματα για το υδρολογικό καθεστώς στη λεκάνη (αρχικές απώλειες, επιφανειακή απορροή, βασική ροή κ.λ.π.) στην υγρή και ξηρή περίοδο 4.

Σύγκριση Αδρομερούς και Ημικατανεμημένου Μοντέλου

Αδρομερές και Ημικατανεμημένο Μοντέλο Λεκάνης Τσιμόβου στο HEC - GeoHMS

Η Λεκάνη του Τσιμόβου στο HEC-HMS

Παράμετροι Βαθμονόμησης για 4 Πλημμυρογραφήματα

Προσομοιωμένα Πλημμυρογραφήματα

200 150 100 50 0 observed

January-1999

sim-constant-loss sim-SCS-loss 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32

hours

36 40 44 48 52 56 60 observed

March-2000

sim-constant-loss sim-SCS-loss

hours

300 250 200 150 100 50 0 300 250 200 150 100 50 0 observed

February-2000

sim-constant-losses sim-SCS-losses

hours

observed

September-2002

sim-constant-loss sim-SCS-loss

hours

Συχνά Προβλήματα Εφαρμογής του Μοντέλου HMS σε Ελληνικές Λεκάνες

 Λίγα Δεδομένα Παρατηρήσεων στο Χώρο και στο Χρόνο  Κακής Ποιότητας Δεδομένα (Βροχογραφήματα–Σταθμηγραφήματα)  Σχεδόν αδύνατη η εφαρμογή του σε κατανεμημένη μορφή (έλλειψη δεδομένων βροχής από radar)

Προβλήματα στην Αποκωδικοποίηση της Βροχής

Σενάρια - Έρευνα

Αλλαγή στη Χρήση Γης

   

Αλλαγές στο Είδος Φυτοκάλυψης Αλλαγή στις Πρακτικές Διαχείρισης της Γης Αστικοποίηση Αποδάσωση

HEC RAS

Hydrologic Engineering Centers River Analysis System http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/      Το HEC-RAS είναι ένα από τα μοντέλα του U.S.Army Corps of Engineers Κατασκευάστηκε από το Hydrologic Engineering Center (HEC) Είναι μοντέλο υδραυλικής ποταμού Είναι μοντέλο μεμονωμένου υδρολογικού γεγονότος Προσομοιώνει υδατορεύματα (River Analysis System – RAS)  Φυσικά ή τεχνητά  Μεμονωμένα ή συστήματα

Βήματα Μοντελοποίησης

     Κατασκευή γεωμετρικού υποβάθρου  (είτε από την αρχή είτε εισαγόμενο από άλλα προγράμματα – π.χ. HEC-2, ArcGIS) Προσδιορισμός συνθηκών ροής Προσομοίωση Αποτελέσματα Έλεγχος αποτελεσμάτων & αποδοχή ή όχι

Βήμα 1

ο

– Δεδομένα Γεωμετρίας

 Ορισμός άξονα υδατορεύματος  Ορισμός διατομών υδατορεύματος  Χιλιομετρική θέση διατομής  Γεωμετρία διατομής (εδάφους)    Από χάρτη ΓΥΣ κλίμακας 1:5000 Από τοπογραφική αποτύπωση (η ιδανικότερη λύση) Απώλειες (manning & contraction/expansion coefficients)  Εναλλακτικά :   Εισαγωγή δεδομένων από ΗEC-2 Εισαγωγή δεδομένων από GIS

Παράθυρο Εισαγωγής Δεδομένων Γεωμετρίας

Βήμα 2

ο

– Συνθήκες Ροής

  Παροχές σχεδιασμού   Προκύπτουν από την υδρολογική μελέτη ή από ανάντη συνθήκες (π.χ. έξοδος σταθμού παραγωγής) Χρειάζονται μόνο οι αιχμές Οριακές συνθήκες ανάλογα με το αν η ροή είναι υποκρίσιμη ή υπερκρίσιμη  Δεδομένη στάθμη νερού    Κρίσιμο βάθος Ομοιόμορφο βάθος Καμπύλη στάθμης – παροχής

Αποτελέσματα

Διατομές

Εκτός από στάθμη νερού απεικονίζονται επίσης :



Κρίσιμα βάθη



Γραμμή ενέργειας

Αποτελέσματα

Στάθμη νερού κατά μήκος ποταμού

Κατάρτιση Μεθοδολογικού Πλαισίου για την Εκπόνηση Χαρτών Πλημμύρας Εφαρμογή στο Ν. Αρκαδίας (HMS-RAS)



Άξονες Μεθοδολογίας

Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης Καταιγίδα & πλημμύρα σχεδιασμού HEC-GeoHMS Χαρτογράφηση πλημμύρας HEC-HMS Εύρος πλημμυρικού πεδίου HEC-HMS Υδραυλική προσομοίωση ποταμού HEC-RAS HEC-GeoRAS HEC-GeoRAS



Περιοχή μελέτης

- Άνω λεκάνη Αλφειού ποταμού έκτασης 164 km 2 - Προσομοίωση περίπου 20 km ποταμού Αλφειού



Δόμηση Μεθοδολογίας Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους

Πιεζομετρικός χάρτης Χάρτης πλημμυρικών κατακλύσεων

+

Χάρτης χρήσεων γης Χάρτης κινδύνων πλημμύρας

HECGeoHMS HECGeoRAS

Υδραυλική Προσομοίωση

HEC-RAS

Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Κατώφλι ορισμού ρέματος Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών

+

Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης

HEC-HMS

Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης Εκτέλεση υδρολογικής προσομοίωσης Υδραυλική προσομοίωση Χαρτογράφηση Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Όμβριες Καμπύλες



Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoHMS

Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Κάνναβος ανάλυσης 33m*33m



Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoHMS

Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής 1= ανατολικά, 2= νοτιοανατολικά 4= νότια, 8= νοτιοδυτικά 16= δυτικά, 32= βορειοδυτικά 64= βόρεια, 128= βορειοανατολικά Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων



Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoHMS

Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων



Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoHMS

Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων



Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoHMS

Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων



Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoHMS

Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων



Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης

Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών + Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Όμβριες Καμπύλες Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων - διαύλων - Υπολογισμός καταιγίδας σχεδιασμού - Υπολογισμός απωλειών βροχόπτωσης και άμεσης απορροής - Υδρολογική προσομοίωση για 6 περιόδους επαναφοράς (2,5,10,50,100,1000 έτη)



Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης

Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών + Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Όμβριες Καμπύλες

Καταιγίδα σχεδιασμού Όμβριες Καμπύλες

60.00

50.00

40.00

30.00

20.00

10.00

0.00

0 T=2 T=5 T=10 T=50 T=100 T=1000 10 20

Διάρκεια Βροχής (h)

30

Υετόγραμμα Σχεδιασμού

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 2 3 4 ` 5 7 8 9 10 12 13 14 15

Διάρκεια Βροχής (h)

17 18 19 20 22 23 24



Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης

Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών + Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Όμβριες Καμπύλες

Απώλειες βροχόπτωσης (κατά SCS)

-Απαραίτητα δεδομένα εισόδου για τον υπολογισμό του αριθμού καμπύλης CN: - Υδρολιθικός τύπος εδαφών - Χάρτης χρήσεων γης



Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης

Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών + Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Όμβριες Καμπύλες

Άμεση απορροή (κατά Snyder)

t l



t

(

c

) 0,3 - χρόνος υστέρησης αιχμής

q p



T base t l p t l

8 - Παροχή αιχμής - Χρόνος βάσης Απαραίτητα δεδομένα εισόδου: - Μέγιστη υδάτινη διαδρομή - Μέγιστη κεντροβαρική υδάτινη διαδρομή - Κλίσεις εδάφους



Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης

Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών + Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Όμβριες Καμπύλες

Βροχογράφημα & πλημμυρογράφημα σχεδιασμού

Subbasin "Alf eios_Basin" Results f or Run "T 50" 0 4 8 12 16 400 350 300 250 200 150 100 50 0 12:00 05Sep2010 00:00 12:00 06Sep2010 Run:T 50 Element:ALFEIOS_BASIN Result:Precipitation Run:T 50 Element:ALFEIOS_BASIN Result:Precipitation Loss Run:T 50 Element:ALFEIOS_BASIN Result:O utflow 00:00 12:00 07Sep2010 00:00 12:00 08Sep2010 00:00 09Sep2010

Μέγιστη παροχή Αλφειού

700 600 500 400 300 200 100 0 Τ=2 T=10 T=20 T=50

Περίοδος Επαναφοράς (Έτη)

T=100 T=1000



Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS

Υδραυλική Προσομοίωση Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών - Αποτύπωση γεωμετρίας ποταμού - Επεξεργασία υδρολογικών δεδομένων - Υδραυλική προσομοίωση για 6 περιόδους επαναφοράς (2,5,10,50,100,1000 έτη)



Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS

Υδραυλική Προσομοίωση Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών

Αποτύπωση γεωμετρίας ποταμού

Χάραξη κοίτης Χάραξη διατομών



Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS

Υδραυλική Προσομοίωση Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών

Επεξεργασία υδρολογικών δεδομένων

Δεδομένα μόνιμης ροής (παροχές αιχμής)

Μέγιστη παροχή Αλφειού

700 600 500 400 300 200 100 0 Τ=2 T=10 T=20 T=50

Περίοδος Επαναφοράς (Έτη)

T=100 T=1000 Εισαγωγή οριακής συνθήκης στα ανάντη



Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS

Υδραυλική Προσομοίωση Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών - Υπολογισμός παροχής σε κάθε τμήμα της διατομής -Υπολογισμός μέσης κινητικής ενέργειας κάθε διατομής -Υπολογισμός πιεζομετρικού βάθους σε κάθε διατομή



Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS

Υδραυλική Προσομοίωση Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών

Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών

Προσομοίωση πλημμύρας σε διατομή ποταμού για 6 πλημμυρικά επεισόδια T=2



Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS

Υδραυλική Προσομοίωση Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών

Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών

Προσομοίωση πλημμύρας σε διατομή ποταμού για 6 πλημμυρικά επεισόδια T=10 T=2



Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS

Υδραυλική Προσομοίωση Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών

Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών

Προσομοίωση πλημμύρας σε διατομή ποταμού για 6 πλημμυρικά επεισόδια T=50 T=10 T=2 T=100



Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS

Υδραυλική Προσομοίωση Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών

Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών

Προσομοίωση πλημμύρας σε διατομή ποταμού για 6 πλημμυρικά επεισόδια T=1000 T=50 T=10 T=2 T=100



Χαρτογράφηση πλημμύρας

Αποτελέσματα υδραυλικής προσομοίωσης

HECGeoRAS Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους

Υψομετρική χάραξη της ελεύθερης επιφάνειας του ποταμού Πιεζομετρικός χάρτης Χάρτης πλημμυρικών κατακλύσεων

+

Χάρτης χρήσεων γης Χάρτης κινδύνων πλημμύρας



Χαρτογράφηση πλημμύρας

Αποτελέσματα υδραυλικής προσομοίωσης

HECGeoRAS Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους

Πιεζομετρικός χάρτης Χάρτης πλημμυρικών κατακλύσεων

+

Χάρτης χρήσεων γης Χάρτης κινδύνων πλημμύρας Πιεζομετρικός χάρτης (Τ=100 έτη)



Χαρτογράφηση πλημμύρας

Αποτελέσματα υδραυλικής προσομοίωσης

HECGeoRAS Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους

Πλημμυρική κατάκλυση (Τ=100 έτη) Πιεζομετρικός χάρτης Χάρτης πλημμυρικών κατακλύσεων

+

Χάρτης χρήσεων γης Χάρτης κινδύνων πλημμύρας



Χαρτογραφικά προϊόντα



Χαρτογραφικά προϊόντα



Χαρτογραφικά προϊόντα



Χαρτογραφικά προϊόντα



Χαρτογραφικά προϊόντα



Χαρτογραφικά προϊόντα



Συμπεράσματα χαρτογράφησης πλημμύρας Εμβαδά κατακλυζόμενων εκτάσεων

2.5

2 1.5

1 0.5

0 T2 T10 T20 T50 T100

Περίοδος Επαναφοράς (έτη)

T1000 - Εύρος πλημμυρικής κατάκλυσης περίπου 1-2 km 2 - Εγκάρσιο (ως προς την κοίτη) μήκος κατάκλυσης περίπου 80-160 m - Μικρή αύξηση εμβαδού κατακλύσεων με την αύξηση του πλημμυρικού όγκου -> απόλυτα λογικό λόγω

των σχετικά έντονων κλίσεων ένθεν και ένθεν του ποταμού



Μελλοντική Έρευνα

Επαλληλία χαρτών πλημμυρικών κατακλύσεων με χάρτη χρήσεων γης

Εκπόνηση χαρτών κινδύνου

πλημμύρας (flood risk maps) για την εκτίμηση των χρήσεων γης, που πλήττονται, και τον υπολογισμό κόστους ζημιών ανάλογα με το εκάστοτε πλημμυρικό επεισόδιο.

Αναφορές

      [1] USACE, 2003.

267p.

Geospatial Hydrologic Modeling Extension, HEC-GeoHMS

, User’s Manual. Version 1.1. US Army Corps of Engineer, Hydrologic Engineering Center, [2] USACE, 2006.

Hydrologic Modeling System, HEC-HMS

, User’s Manual. Version 3.1.0. US Army Corps of Engineer, Hydrologic Engineering Center, 268p.

[3] USACE, 2000.

Hydrologic Modeling System, HEC-HMS

, Technical Reference Manual. US Army Corps of Engineer, Hydrologic Engineering Center, 149p.

[4] Soil Conservation Service, 1972.

National Engineering Handbook

. United States Department of Agriculture, United States Government, Washington, USA.

[5] USACE, 2002.

Hydrologic Modeling System, HEC-HMS

, Applications Guide. US Army Corps of Engineer, Hydrologic Engineering Center, 106p.

[6] Γκιόκας Α., 2009. Κατάρτιση Μεθοδολογικού Πλαισίου για την Εκπόνηση Χαρτών Πλημμύρας,

Εφαρμογή στο Ν. Αρκαδίας Μεταπτυχιακή Εργασία ΕΜΠ, 2009.